Onderwerp: LiFePO4 accu, keeping it simple

In een aantal draadjes op het forum worden de merites en vooral ook de problemen van LiFePo4 accu's breed uitgemeten. Dat heeft me een poos tegengehouden om ze te installeren. Omdat ik echter weinig ruimte had voor een accu met meer capaciteit, die ik wel nodig had, heb ik toch de stap gewaagd. En omdat dat tot op heden zo goed bevalt, wil ik mijn ervaringen delen.

Ik heb 8 Winston cellen van 100Wh gecombineerd tot 1 accu van 200Ah door steeds 2 cellen parallel te schakelen en dat 4 keer achter elkaar. Dat levert een spanning van 13,2V in rust. Vóór installatie heb ik alle cellen parallel geladen tot 4.0 volt om ze op gelijke capaciteit te brengen. Het aanbevolen spanningsbereik per cel is 3.0-3.55V (12.0-14.2V voor het accublok) en het bereik moet liefst binnen 2.8-3.65V (accublok 11.2-14.6V) blijven. Deze waarden zijn niet moeilijk te realiseren als de alternator maximaal 14.3V levert (Yanmar 3YM30) en de zonnepanelen met een Victron MPPT-regelaar laden tot 14.2V bulk en 13.6V float. Dit is in de Victron regelaars softwarematig in te stellen. De acculader voor walstroom levert ook 14.2V, maar is overbodig sinds de zonnepanelen hun werk doen.

Een SMB hanteert veel ruimere grenswaarden dan bovengenoemd en komt dan ook alleen in actie in extreme omstandigheden. Die omstandigheden herken ik wel en met behulp van de accumonitor moet ik die zien aankomen en kunnen voorkomen. Waarom zou ik dan nog een SMB installeren? Ik heb er wel een, maar nog steeds niet aangesloten. In de praktijk heb ik ondanks soms flinke ontlaadstromen (door de omvormer) geen spanning lager dan 13.2V gezien. Ik moet daarbij aantekenen dat de accucapaciteit vooralsnog slechts tot de helft aangesproken hoeft te worden.

Wel heb ik eenvoudige balancers aangesloten tussen de 4 in serie geschakelde blokjes van 2 cellen. Die doen echter helemaal niets zolang de spanning tussen de grenswaarden blijft en zijn dus eigenlijk ook overbodig.
Na een jaar of zo, zal ik de accu weer eens uit elkaar nemen en de cellen parallel vol laden met 4V om ze te balanceren.

Mijn conclusie: een LiFeP04 accu is probleemloos toe te passen, mits je de laad- en ontlaadkarakteristieken van je installatie kent en zo nodig aanpast en regelmatig de accumonitor raadpleegt. Pas in een situatie zonder toezicht leveren SMB's en balancers een meerwaarde.
Door deskundigen valt hier vast commentaar op te leveren, maar ik ben een tevreden gebruiker.

Goed werk, zo simpel kan het zijn!

Bijna de zelfde installatie als die ik zelf gebruik.
Het enige wat mij is overkomen deze zomer is dat na 36 uur zeilen we in windstilte kwamen met behoorlijke deining. Het was koud en de kachel, ook in het motorruim stond ook aan. Na een half uur op de motor gevaren aan met een behoorlijk toerental overleed de alternator door te weinig koeling, oververhitting. Voor de gevallen dat we de motor hard moeten laten werken als voortstuwing en we behoorlijk lege accu's hebben zit er nu een schakelaar op de verbinding accu alternator. De alternator laad dan alleen de aparte lood startaccu.

Je zou zo'n schakelaar kunnen overwegen mits je ook nog een start accu hebt.

Arcadia schreef :
Ben ik het helemaal mee eens! Vooral met de zinsnede: "Pas in een situatie zonder toezicht leveren SMB's en balancers een meerwaarde."

Groeten, Peper.

Deutsche grundlichheid von diplomingeniör: www.entropypool.de/engineering/

3Noreen schreef :
Dank voor deze goede tip. Het is nogal warm waar ik nu vaar, dus ik kan hier mijn voordeel mee doen. Acculaden via de motor is meestal overbodig voor mij, dus de schakelaar zou standaard uit kunnen staan.

Sunday schreef :
Zo'n witte Balmar 60 is pressies het type wat bij ons deze zomer de geest heeft gegeven.

Ja, de witte balmars hebben niet een echt goede naam, ook al is de presentatie erg profi

Peper schreef :
En hier ben ik dan benieuwd naar. Ik zi zeggen dat elke sitiatie die niet vanzelf goed gaat, vanzelf fout gaat. De vraag is niet of, maar wanneer je er even niet aan denkt en de hele handel stuk maakt.

Hoe borg je nu dat je zaak niet overlaadt?

3Noreen schreef : Nou hebben de meeste dynamo's een waaier tussen de poelie en het huis voor een geforceerde koeling. Dat zou al flink helpen denk ik.

rooiedirk schreef :
Niet dat ik dit ding wil verdedigen, misschien wel het tegendeel, maar er zit een waaier binnen in. Zou het wat uitmaken of het binnen of buiten de behuizing zit ?

Joop66 schreef :
De hier besproken toepassing is vooral heel goed als je lange tijd aan boord bent. De opgewekte energie over een aantal dagen gelijk is aan het verbruik. De accu's komen maar zelden aan het minimum of maximum lading. Daarbij zullen ze als dat gebeurt ze niet een lange tijd zo blijven. Vooral niet in de volle toestand. Immers zodra het nacht wordt of de motor gaat uit begin je de accu's weer te ontladen. Waar deze accu's met name niet tegen kunnen is lange tijd een druppel lading krijgen in volle toestand. Verder het te verre ontladen komt toch ook niet voor. Hoe vaak rij je door met een auto totdat je tank leeg is ?
Een heel andere situatie is het bij weekeinde gebruik. Door de week ben je niet aan boord en moet het systeem autonoom de accu's 100% opladen en afkoppelen en wachten tot je weer aan boord komt. Al die tijd moet de bms zorgen dat de accu's niet "gekookt" worden. Je moet dat vertrouwen hebben. Dat heb ik zelf niet. Als ik van boord ga voor enige dagen worden de zonne cellen afgekoppeld of de ijskast blijft aan. Om te zorgen dat s'nachts de accu weer een stuk ontladen worden. Maar de voorkeur gaat uit naar alles dan stil te zetten.

3Noreen schreef :
@Joop66: Dat is dan een situatie met kundig toezicht. Dat zal echt wel goed gaan.
In geval je meer aandacht moet hebben voor koers, trim, havenhoofden, prikken, muien, andere schepen en zandbanken wil ik graag een 'cel oppas' in de vorm van een balancer-limiter die alle aanwezige laadstroom bij een volle cel shunt. Dan worden de cellen nooit overladen en kan ik mijn aandacht geheel besteden aan koers, trim etc.
Verder maakt een balancer-limiter het laden uit zeer onregelmatige stroombronnen veilig mogelijk, zoals de energie uit windmolens en hydrogeneratoren, die uit de aard van hun constructie en bedrijf zelden een constante laadstroom en laadspanning garanderen. Met balancer-limiters over alle cellen in mijn accubank hoef ik mijn zonnecellen niet af te koppelen. Zouden zij willen leveren bij volle accu's, dan wordt de laadstroom 'om de cel geleid'. Hierbij wordt de geleverde energie in de balancers gedissipeerd in de vorm van warmte. Ik heb liever een warmere bilge dan kapotte LiFePO₄ cellen. Let wel dat dit alleen gebeurd als de cellen vol zitten, niet als er nog ladingsdragers bij kunnen! Bij een balancer-limiter is er geen sprake van druppellading als de cel vol zit, er is alleen nog spanning aanwezig waarbij de balancer nog 20 uA als meetstroom uit de cel betrekt, die dan meteen weer wordt aangevuld.
Het vertrouwen dat 3Noreen in zijn installatie mist, heb ik na 4 seizoenen wel en nog nooit beschaamd gezien. Maar ja, wat niet is kan nog komen. Dat is bij mij het wantrouwen in mijn balancer-limiters en bij 3Noreen het vertrouwen in zijn BMS.
Groeten, Peper.

Joop66 schreef :
Ik heb geen spanningsbron die meer dan 14.3 volt levert. Hoe moet ik dan overladen?

Als ik niet vaar, dan hebben de zonnepanelen de accu aan het begin van de middag vol. Dat wil zeggen dat de regelaars de 14.2 volt bereikt hebben en terugschakelen naar float 13.6 volt. Op de accumonitor zie ik dat de accu dan enige tijd stroom levert in plaats van opneemt. Daarna is er bij 13.6 volt een afwisseling van opname en afgifte in geringe amperages, totdat de zonnepanelen in de avond te weinig stroom leveren. Kortom, ik zie niet dat overladen een mogelijkheid is, als de spanningsbron binnen het veilige bereik blijft.

Bij een draaiende motor levert de alternator na verloop van tijd 0 (nul) ampere, wanneer de accu geen stroom meer opneemt bij de geleverde spanning van 14.3 volt. Ook hier zie ik geen overladen optreden, ook al blijft de motor uren draaien.

Een BMS doet voor zover ik weet niets tegen overladen, als de spanningsbron binnen het ingestelde bereik van de BMS blijft. Correct me if I'm wrong.

Arcadia schreef :
Dit wordt gezien als het meest ideale. Direct na het volladen gaat de spanning terug naar de voor de accu ontspannen toestand.
Arcadia schreef :
Dit is iets minder ideaal. Hier blijft de accu spanning boven de ontspannen toestand zolang de motor loopt.
Arcadia schreef :
Er zijn twee ideeën bij een bms. Het minimum is dat deze als een zekering werkt. Een zekering klapt er pas uit als er kortsluiting ontstaat. Een bms verbreekt de stroomkring als er een over of onderspanning dreigt. Bij een normaal gebruik klapt de zekering er nooit uit.

Het andere idee bij een bms is dat die actief ingrijpt bij het laadproces en de balansers instelt en bij het bereiken van de volle toestand de stroombron afschakelt en pas weer inschakelt als er een van te voren ingestelde hoeveelheid lading uit de accu is. Het laatste voorkomt bijvoorbeeld als je niet aan boord bent het dagelijks weer een nieuwe laadcyclus starten vanuit de zonnecellen.

@3Noreen:
Bestaat die 'ontspannen toestand' wel? Weliswaar neemt de nominale capaciteit maar heel weinig af als de cellen bij 30% DOD worden opgeslagen en dit is beslist een vingerwijzing in die richting, maar een echt, daarop gericht onderzoek heb ik nog niet gezien. Wellicht moet ik dan m'n ogen ook open doen!
De 'ontspannen toestand' is wel gebruikelijk voor loodzwavelzuur accu's, waarbij je tot 14,2 of 14,5V oplaadt om dan naar 13,8V terug te gaan. Hiermee ontstaat minder elektrolyse van het zwavelzuur. Een Li-ion accu verplaatst de lithium ionen zonder elektrochemie en heeft om die reden geen 'ontspannen toestand' nodig. Er kan wel een andere reden zijn, maar die ken ik niet!
Wel is duidelijk dat minder diep 'cyclen' een nog langere levensduur geeft. 6000 cycli bij 80% DOD cyclus en dan houdt je aan 'het einde van de rit' nog 60% van de nominale capaciteit over. Dat is wat je bij een nieuwe loodzwavelzuur accu normaal vindt terwijl men dan de LiFePO₄ accu als versleten beschouwd. In het onderzoek wordt dan weer niet aangegeven of er balancers worden gebruikt of dat het om 1 cel gaat... Daarmee is het onderzoek dan weer niet erg praktisch.
Wat ik zoek is een onderzoek van 2 identieke LiFePO₄ cellen, die allebei met 1c ontlaadstroom tot 80% DOD gecycled worden en waarvan de ene op 2,9V wordt bewaard tussen de cycli in en de andere op 3,65V wordt bewaard tussen de cycli in, waarbij dit proces wordt herhaald tot er nog maar 60% van de nominale capaciteit bruikbaar is. Op dat punt wil ik dan het aantal cycli van elke cel weten. Bij een dergelijk onderzoek is er nog maar één variabele die invloed heeft op de levensduur in cycli: de 'bewaarspanning'. Dan zal ook blijken hoe schadelijk voor de levensduur het helemaal opladen van een Li-ion accu is. Het wegzetten van een li-ion accu bij 2,9V is niet het zelfde als het gebruik van een Li-ion accu vanaf 2,9V en dat verschil komt dan naar voren.
Groeten, Peper.

@Peper,

Zo'n onderzoek om jou te overtuigen zal er wel niet zijn. Waar ik mijn idee dat 3,4 volt/cel een relaxed voltage is van haal is onder andere de site van de EV-power. Als mede deze Maar ook door veel te zoeken op internet naar verhalen waar de LiFePO4 niet aan de verwachte levensduur voldeden. Waar op camper fora wel het een en ander te vinden is. Wat dan een gemeenschappelijke noemer blijkt te zijn is het langdurig op hoge (>3,4volt/cel) eindspanning houden van de accu's.
Het kan heel goed dat er geen verband is maar voor mijn zijn deze accu's toch iets te duur om het maar op te wagen.
Kortom er is misschien van deze relatief nieuwe techniek nog te weinig praktijk ervaring op gedaan. Maar anderen mogen kijken hoe ver ze kunnen gaan en de kastanjes uit het vuur halen. Ik blijf lekker aan de onbetwiste veilige kant. Het terugbrengen van de spanning tot 3,4v/cel na het laden kan in ieder geval geen kwaad.

Kun je de overbelasting, warmte issues en laad problematiek oplossen door de 12V alternator op de motor te vervangen door een 220V alternator (dus de hoofdmotor wordt een soort van gen set) en het LiFePo4 battery pack op te laden dmv een daarvoor ontworpen lader ? (En de startaccu met een 12V lader)

Noballast schreef : als alternatief, met standaard dynamo startaccu opladen, hierop een omvormer 12v-230v, daarop de lader voor je huishoud set

Als alternatief, zoals eerder genoemd, motoraccu opladen met de standaard alternator en het LiFePO4-pack met zonnepanelen en een getunede laadregelaar (Victron). Als extra een schakelaar om zo nodig toch via de alternator te laden.

De inwendige weerstand van een LiFePO₄ cel is ongeveer 0,001 Ohm. De inwendige weerstand van een lood-zwavelzuur accu is ongeveer 0,1 Ohm. De warmte opgewekt in de accu is de laad/ontlaad stroom² x inwendige weerstand. Bij een stroom van 10A is dat voor een lood-zwavelzuur accu 10W aan energie omgezet in warmte, voor een LiFePO₄ accu is dat 0,1W aan energie omgezet in warmte.
Voor LiFePO₄ accu's is er niet zoiets als een warmte issue, voor lood-zwavelzuur accu's wel, maar dit moet niet worden overdreven, 'natte' lood-zwavelzuur accu's hebben een goede escape voor dit probleem: ze verdampen het elektrolyt.
Overladen van accu's:
LiFePO₄ accu's hebben geen elektrolyt dat kan verdampen en hebben daarmee geen escape bij overladen. Als de li-ion accu is vol geladen blijft er voor de accu geen andere uitweg dan de aangeboden energie om te zetten in warmte en dan gaat de temperatuur flink stijgen. Voor de accu betekent dit dat de inwendige weerstand van 0,001 Ohm snel omhoog gaat naar ca 1 Ohm en dan wordt er ineens 100W aan vermogen in warmte omgezet waarvan de cel snel in temperatuur stijgt.
Bij het bereiken van de eind-laadspanning van een Li-ion cel moet de stroom door de cel snel terug naar 0A, anders wordt de cel (te) warm. LiFePO₄ cellen zullen dan hun verdampte vloeistof gaan afblazen als een fluitketel en zijn daarna rijp voor het chemisch afval. Li-polymeer cellen ontploffen met brand verschijnselen omdat het 'elektrolyt' van de Li-polymeer cellen brandbaar is. Er is een forumlid dat dit heeft bewezen door zijn li-polymeer cellen zonder regelaar op een zonnepaneel aan te sluiten... Het gevolg was een knal die in de hele haven werd gehoord.
Koude issues zijn er wel: alle accu's nemen in capaciteit af als de temperatuur daalt.

De lage inwendige weerstand van een LiFePO₄ zorgt ervoor dat er, tot de laad-einspanning is bereikt, een hoge laadstroom kan worden opgenomen. De alternator, met een veel hogere inwendige weerstand, wordt dan opgewarmd door de I²Ri. Duurt dit te lang, of er is onvoldoende koeling van de alternator, dan brandt deze door. Dit is 3Noreen helaas overkomen. Bij een alternator met een temperatuursafhankelijke regeling zal de spanning (en daarmee de stroom) worden terug geregeld aan de hand van de temperatuur van de alternator, zodat doorbranden niet zal gebeuren.

Omvormen naar 230V en dan weer terug naar 12V (of anderszins) geeft 2 keer een gering omvormverlies en is m.i. als het schieten met een kanon op een mug. Het apart inschakelen van de huishoud accu's met een thermisch beveiligd relais geeft een beter effect zonder verlies.
Het eenvoudigst is het opnemen van een PTC weerstand van 0,1 Ohm bij 20^oC in serie met de accu (alleen voor de laadstroom). De Li-ion accu gedraagt zich dan als een lood-zwavelzuur accu voor wat betreft het laden en door het PTC-effect wordt de weerstand bij een hoge laadstroom nog hoger en zal de laadstroom dus afnemen en het doorbranden van de alternator worden voorkomen.
En wat waar is is waar, u gaat een klein beetje vermogen in de PTC stoppen (die wordt warm). U heeft de keuze: de PTC warm laten worden of de alternator warm laten worden... Zeg het maar...

Groeten, Peper.

Peper,

Zo even een brainwave...waarom zet je er niet een zware diode+weestand tussen met een weerstand daar weer over. In de "Bulk" verminder je de spanningsval. Kom je bij je eindspanning aan gaat de diode "dicht" en laad je over de andere weerstand. Die kies je dan zó dat je balancers áltijd tegen overladen beschermen.

Kreeg ik toegestuurd:
www.pv-magazine.de/fileadmin/u...agazin-webinar_3.pdf
Duitse studie naar veiligheid van li-ion accu's.
Is wel een beetje het tegenovergestelde van de topic titel, maar toch...
Zet alle Li-ion technologieën met Deutscher Gründlichkeit naast elkaar.
Groeten, Peper.